JP5000854B2 - Continuous production method of aqueous polyurethane dispersion - Google Patents

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Description

本発明は、脂肪族及び/又は芳香族ポリイソシアネートに基づく水性(又は水系)ポリウレタン分散物(分散体又はディスパージョン)の連続製造方法に関する。   The present invention relates to a continuous process for the production of aqueous (or aqueous) polyurethane dispersions (dispersions or dispersions) based on aliphatic and / or aromatic polyisocyanates.

従来技術から、水性ポリウレタン分散物の商業規模での製造方法として、本質的に2バッチ式の方法:アセトン法とプレポリマーミキシング法が知られている。脂肪族ポリイソシアネートに基づく分散物の製造は、脂肪族ポリイソシアネートの適当な反応性のために両方の方法を用いて相当容易に達成される。芳香族ポリイソシアネートに基づく分散物の製造は、一般的には、アセトン法又はケチミン法を用いて行われる。これは、イソシアネート−水の反応により生ずる、分散工程での過剰の発泡を、両方とも防止するからである。WO81/02894では、芳香族ポリイソシアネート(PIC)に基づく分散物を得るために、他の方法が用いられる。反応性PIC基を、再び分離できるブロック剤と反応させる。その結果、発泡は軽度にすぎない又は全く生じない。この方法の短所は、ケチミン法に見られるように、一方では追加のブロッキング工程にあり、他方では系内に残留し又は追加の工程で除去しなければならない低分子量ブロック剤にある。   From the prior art, two batch processes are essentially known as a process for producing aqueous polyurethane dispersions on a commercial scale: the acetone process and the prepolymer mixing process. Production of dispersions based on aliphatic polyisocyanates is fairly easily achieved using both methods for the proper reactivity of the aliphatic polyisocyanates. Production of dispersions based on aromatic polyisocyanates is generally carried out using the acetone method or the ketimine method. This is because both excessive foaming in the dispersion process caused by the isocyanate-water reaction is prevented. In WO81 / 02894, other methods are used to obtain dispersions based on aromatic polyisocyanates (PIC). The reactive PIC group is reacted with a blocking agent that can be separated again. As a result, foaming is only mild or does not occur at all. The disadvantages of this method are, as seen in the ketimine method, on the one hand in the additional blocking step and on the other hand in the low molecular weight blocking agent which must remain in the system or have to be removed in an additional step.

EP−A−0220000には、プレポリマーミキシング法による芳香族分散物の製造が記載されている。しかし、その実施例は、その製造方法には外部乳化剤が常に必要であることを示している。それは、後ほど分散物から製造されるコーティング内に残り、当業者に既知の短所をもたらす。更に、プレポリマーの中和が間接的に行われる。即ち、カルボキシル基を中和するために必要な三級アミンが、最初の水に加えられる。ここで、直接的な中和は、理論的なNCO含有量よりも十分に低い、プレポリマー内のNCOの顕著な減少をもたらす。更に、イソシアネートに対して反応性の他のアミンのために、鎖延長剤アミンとして使用されるヒドラジンを取り替えることはほとんど不可能である。最後に、EP−A−0220000に基づいて得られる分散物は、ほんの30重量%の固形分しか有さない。   EP-A-0220000 describes the production of aromatic dispersions by the prepolymer mixing method. However, the examples show that an external emulsifier is always required for the production process. It will later remain in the coating made from the dispersion, resulting in disadvantages known to those skilled in the art. Furthermore, the prepolymer is neutralized indirectly. That is, the tertiary amine required to neutralize the carboxyl group is added to the initial water. Here, direct neutralization results in a significant reduction of NCO in the prepolymer, well below the theoretical NCO content. Furthermore, it is almost impossible to replace the hydrazine used as a chain extender amine for other amines reactive towards isocyanates. Finally, the dispersion obtained on the basis of EP-A-0220000 has a solids content of only 30% by weight.

水性ポリウレタン分散物を連続的に製造するために、例えば、WO98/41552による方法が既知である。この方法では、分散物は、メカニカルに駆動される分散機(又はディスパーサー)を用いて、従って、それは故障しがちであり、また通常、外部乳化剤を加えて、製造される。   For the continuous production of aqueous polyurethane dispersions, for example, the process according to WO 98/41552 is known. In this method, the dispersion is produced using a mechanically driven disperser (or disperser), so it is prone to failure and is usually added with an external emulsifier.

EP−A0303907も、水性ポリウレタン分散物を製造できる連続法を開示する。好ましい方法は、高粘度プレポリマーの中に、高速で、秤量した水を供給し、不均一な混合物を均質化し、又はミキシングチューブ内に、(プレ)ポリマーを分散する。それ自体極めて有用な方法ではあるが、この方法の短所は、高粘度プレポリマーを処理する場合、系の耐用期間(又は寿命)をますます低下させることである。   EP-A 0 303 907 also discloses a continuous process by which aqueous polyurethane dispersions can be produced. A preferred method is to feed weighed water into the high viscosity prepolymer at high speed to homogenize the heterogeneous mixture or disperse the (pre) polymer in the mixing tube. Although a very useful method per se, the disadvantage of this method is that when processing high viscosity prepolymers, the service life (or lifetime) of the system is increasingly reduced.

本発明の目的は、上述の短所を有さない水性脂肪族ポリウレタン分散物及び水性芳香族ポリウレタン分散物の連続製造方法を提供することである。特に、その方法は、芳香族ポリイソシアネートに基づくポリウレタン分散物を提供することと、高粘度プレポリマーを処理することも可能にするべきである。更に、その方法は、10時間又はそれ以上の程度のオーダーの高い耐用期間によって特徴付けられるべきである。   It is an object of the present invention to provide a continuous process for producing an aqueous aliphatic polyurethane dispersion and an aqueous aromatic polyurethane dispersion that do not have the disadvantages described above. In particular, the process should also be able to provide polyurethane dispersions based on aromatic polyisocyanates and to process high viscosity prepolymers. Furthermore, the method should be characterized by a high service life on the order of 10 hours or more.

本発明は、
a)親水基及び/又は潜在的親水基を含むポリウレタンプレポリマーと、水とを、ミキシングノズル(又は混合ノズル)で混合することによって、水性プレエマルジョンを製造する工程であって、ポリウレタンプレポリマーを、水中に入れる(又は注入する)工程、及び
b)多段階(又はマルチステップ)ホモジナイジング・ノズル(multi-step homogenizing nozzle)で、工程a)からのプレエマルジョンを均質化(均一化又はホモジナイズ)することによって、エマルジョンを形成する工程
を含む、少なくとも一の脂肪族及び/又は芳香族ポリイソシアネートに基づく水性ポリウレタン分散物の連続製造方法を提供する。
The present invention
a) a step of producing an aqueous pre-emulsion by mixing a polyurethane prepolymer containing a hydrophilic group and / or a latent hydrophilic group and water with a mixing nozzle (or a mixing nozzle), B) homogenizing (homogenizing or homogenizing) the pre-emulsion from step a) with a step of (or pouring) in water, and b) a multi-step homogenizing nozzle. To provide a continuous process for the production of an aqueous polyurethane dispersion based on at least one aliphatic and / or aromatic polyisocyanate, comprising the step of forming an emulsion.

本発明は、上述の方法に基づいて製造される水性ポリウレタン分散物を含む塗膜でコートされている基材にも向けられている。   The present invention is also directed to a substrate coated with a coating comprising an aqueous polyurethane dispersion produced according to the method described above.

発明を実施するための形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

例を実施する場合の他、又は特に示されていない場合、明細書及び特許請求の範囲に使用されている成分の量、反応条件等に関する全ての数又は表現は、全ての場合に、用語「約」によって修飾されていると、理解するべきである。   All numbers or expressions relating to the amounts of ingredients, reaction conditions, etc. used in the description and claims are used in all cases where the term “ It should be understood that it is modified by “about”.

本発明は、少なくとも一の脂肪族及び/又は芳香族ポリイソシアネートに基づく、水性ポリウレタン分散物の連続製造方法を提供し、それは、下記の工程によって特徴付けられる:
a)ミキシングノズルで親水基及び/又は潜在的親水基を含むポリウレタンプレポリマーを、水と混合することによって、水性プレエマルジョンを製造する工程であって、ポリウレタンプレポリマーを水に入れる(又は注入する)工程;
b)多段階ホモジナイジング・ノズル(又は均質化ノズル)で、工程a)からのプレエマルジョンを均質化することによって、エマルジョンを形成する工程。
The present invention provides a continuous process for the preparation of an aqueous polyurethane dispersion based on at least one aliphatic and / or aromatic polyisocyanate, which is characterized by the following steps:
a) A process for producing an aqueous pre-emulsion by mixing a polyurethane prepolymer containing hydrophilic groups and / or latent hydrophilic groups with water at a mixing nozzle, wherein the polyurethane prepolymer is put into water (or injected). ) Process;
b) Forming the emulsion by homogenizing the pre-emulsion from step a) with a multi-stage homogenizing nozzle (or homogenizing nozzle).

水性ポリウレタン分散物を連続的に製造するための本発明の方法の出発物質は、ポリウレタンプレポリマーである。本発明の方法に適当な、溶媒含有又は溶媒を含有しないポリウレタンプレポリマーの製造は、従来技術から既知の方法で行われる。種々の方法が、従来技術で十分に説明されている。   The starting material of the process of the present invention for continuously producing an aqueous polyurethane dispersion is a polyurethane prepolymer. The preparation of solvent-containing or solvent-free polyurethane prepolymers suitable for the process according to the invention is carried out in a manner known from the prior art. Various methods are fully described in the prior art.

EP−A0304718に記載されている方法を、例として言及できる。しかし、ポリウレタンプレポリマーの製造は、EP−A0304718に記載されている方法に制限されるものではない。   The method described in EP-A 0304718 can be mentioned by way of example. However, the production of polyurethane prepolymers is not limited to the method described in EP-A 0304718.

プレポリマーを製造するために、モルで過剰のジイソシアネートを、しばしば最初に反応器にチャージし、その後、活性水素原子を含むジオールとポリオールを、溶媒の存在下又は不存在下で加える。一般的に、より高分子量(400〜6000g/mol)及びより低分子量(62〜400g/mol)のジオール、トリオール又はポリオールから成るポリオール混合物中に、イソシアネート基に対して反応性の基を含む、親水性、イオン性及び/又は非イオン性及び/又は親水性と成り得る化合物も存する。これらのことは、ポリマーの分散性を確保する。一定のNCO含有量が得られるまで、40〜120℃の温度で、反応は通常行われる。NCO−OH反応を促進するために、ポリウレタン化学で常套の触媒も、使用することができる。潜在的親水基を、水への分散性を生じさせる親水基に変換することは、NCO含有量を設定した後又は設定する前に、適当な化合物(例えば、カルボキシル基−官能性プレポリマーの場合は塩基、又は第三級アミノ基を含むプレポリマーの場合、四級化を生ずる成分又は酸)を加えることによって通常行われる。   To make the prepolymer, a molar excess of diisocyanate is often initially charged to the reactor, after which diols and polyols containing active hydrogen atoms are added in the presence or absence of a solvent. In general, a polyol mixture consisting of diols, triols or polyols of higher molecular weight (400-6000 g / mol) and lower molecular weight (62-400 g / mol) contains groups reactive towards isocyanate groups. There are also compounds that can be hydrophilic, ionic and / or nonionic and / or hydrophilic. These ensure the dispersibility of the polymer. The reaction is usually carried out at a temperature of 40-120 ° C. until a constant NCO content is obtained. Conventional catalysts in polyurethane chemistry can also be used to promote the NCO-OH reaction. Converting a potential hydrophilic group to a hydrophilic group that causes dispersibility in water can be achieved by setting an appropriate compound (eg, in the case of a carboxyl group-functional prepolymer) after or before setting the NCO content. Is usually carried out by adding a base or, in the case of a prepolymer containing tertiary amino groups, a component or acid that causes quaternization.

親水性に成り得る成分を親水性の形態に変換すること、例えば、アミンの中和を用いることは、本発明の連続方法の間に、オンラインで、及びプレポリマー製造用の反応器内で行うことができる。もしこの工程が、オンラインで行われる場合、プレポリマーを水と混合する前に又は本発明の方法の工程a)のプレエマルジョン製造の間に、イオン形態への変換を引き起こす十分な量の官能基を水(分散水という)に加えることによって、それを行うことができる。   Converting a component that can be hydrophilic into a hydrophilic form, for example using amine neutralization, takes place online and in a reactor for prepolymer production during the continuous process of the invention. be able to. If this step is performed online, a sufficient amount of functional groups to cause conversion to the ionic form before mixing the prepolymer with water or during pre-emulsion production of step a) of the process of the invention. This can be done by adding to the water (referred to as dispersed water).

工程a)に基づいて水性プレエマルジョンを製造する前に、潜在的イオン基をイオン形態に変換することを引き起こす少なくとも一の成分と、プレポリマーを、ミキシングノズル内で連続的に反応させることが好ましい。   Prior to producing the aqueous pre-emulsion based on step a), it is preferred that the prepolymer is continuously reacted in a mixing nozzle with at least one component that causes the conversion of latent ionic groups to ionic form. .

脂肪族又は芳香族ポリイソシアネート又は脂肪族及び芳香族ポリイソシアネートの混合物を、本発明の方法に、用いることができる。   Aliphatic or aromatic polyisocyanates or mixtures of aliphatic and aromatic polyisocyanates can be used in the process of the present invention.

ポリウレタンプレポリマーを製造するための脂肪族ポリイソシアネートとして、式R(NCO)のジイソシアネートを用いることが好ましい。ここで、Rは、4〜12の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基又は6〜15の炭素原子を有する脂環式炭化水素基又は7〜15の炭素原子を有する芳香脂肪族炭化水素基を示す。これらの好ましいジイソシアネートの例には、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、α,α,α’,α’−テトラメチル−m−又はp−キシリレンジイソシアネート;1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(イソホロンジイソシアネート)及び4,4’−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン及び上述のジイソシアネートの混合物がある。 As the aliphatic polyisocyanate for producing the polyurethane prepolymer, it is preferable to use a diisocyanate of the formula R 1 (NCO) 2 . Here, R 1 is an aliphatic hydrocarbon group having 4 to 12 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 6 to 15 carbon atoms, or an araliphatic hydrocarbon group having 7 to 15 carbon atoms. Indicates. Examples of these preferred diisocyanates include tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, α, α, α ′, α′-tetramethyl-m- or p-xylylene diisocyanate; 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl There are -5-isocyanatomethylcyclohexane (isophorone diisocyanate) and 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane and mixtures of the aforementioned diisocyanates.

プレポリマーを製造するための芳香族ポリイソシアネートとして、式R(NCO)のジイソシアネートが使用される。ここで、Rは、6〜15の炭素原子を有する芳香族炭化水素基を示す。これらの好ましいジイソシアネートの例は、4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン、2,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン、2,4−ジイソシアナトトルエン、2,6−ジイソシアナトトルエン又はこれらのジイソシアネートの混合物である。 As aromatic polyisocyanate for producing the prepolymer, diisocyanates of the formula R 2 (NCO) 2 are used. Here, R 2 represents an aromatic hydrocarbon group having 6 to 15 carbon atoms. Examples of these preferred diisocyanates are 4,4′-diisocyanatodiphenylmethane, 2,4′-diisocyanatodiphenylmethane, 2,4-diisocyanatotoluene, 2,6-diisocyanatotoluene or these diisocyanates. It is a mixture.

400〜6000の分子量を有する、より高分子量のポリオールとして、ポリウレタンの製造に用いられる常套の成分が使用される。それらは、1.8〜5、好ましくは1.9〜3、特に好ましくは1.93〜2.0のOH価を有する。それらは、例えば、ポリエステル、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネート、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリアクリレート及びポリシロキサンである。ポリエステル、プロピレンオキサイド又はテトラハイドロフランに基づくポリエーテル、ポリエステルカーボネート及びポリカーボネートのα、ω−ジオールを用いることが好ましい。   Conventional components used in the production of polyurethanes are used as higher molecular weight polyols having a molecular weight of 400 to 6000. They have an OH number of 1.8-5, preferably 1.9-3, particularly preferably 1.93-2.0. They are, for example, polyesters, polyethers, polycarbonates, polyester carbonates, polyacetals, polyolefins, polyacrylates and polysiloxanes. Polyethers based on polyester, propylene oxide or tetrahydrofuran, polyester carbonates and polycarbonate α, ω-diols are preferably used.

適する短鎖ジオール及びポリオールは、400より小さい分子量を有するものである。ポリウレタン化学で常套のジオールをジオールとして使用することができ、例えば、エチレングリコール、1,2−及び1,3−プロパンジオール、1,3−及び1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、2,4−ジメチルペンタンジオール、2−エチル−3−プロピル−1,5−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチルペンタンジオール、シクロヘキサンジメタノール又はそのようなジオールの混合物を例示できる。例えば、トリメチロールプロパン、グリセロール、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール及びN,N’,N”−トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート等の短鎖ポリオールも、場合によりプレポリマーが攪拌可能に存在するような量で、加えることができる。   Suitable short chain diols and polyols are those having a molecular weight of less than 400. Conventional diols in polyurethane chemistry can be used as diols, such as ethylene glycol, 1,2- and 1,3-propanediol, 1,3- and 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol. 2-ethyl-1,3-hexanediol, diethylene glycol, dipropylene glycol, neopentyl glycol, 2,4-dimethylpentanediol, 2-ethyl-3-propyl-1,5-pentanediol, 2,2,4 -Trimethylpentanediol, cyclohexanedimethanol or a mixture of such diols. For example, short-chain polyols such as trimethylolpropane, glycerol, hexanetriol, pentaerythritol, and N, N ′, N ″ -tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate are also present in some cases where the prepolymer is stirrable. In quantity, can be added.

適するイオン性又は潜在的にイオン性化合物及び非イオン性化合物は、NCO基に対する反応性がある少なくとも一の基を有するものである。適する化合物は、例えば、モノ−及びジヒドロキシカルボン酸、モノ−及びジアミノカルボン酸、モノ−及びジヒドロキシスルホン酸、モノ−及びジアミノスルホン酸、モノ−及びジヒドロキシホスホン酸又はモノ−及びジアミノホスホン酸及びそれらの塩、例えば、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、ヒドロキシピバル酸、N−(2−アミノエチル)−β−アラニン、2−(2−アミノエチルアミノ)エタンスルホン酸、エチレンジアミン プロピルスルホン酸又はエチレンジアミン ブチルスルホン酸、1,2−又は1,3−プロピレンジアミン−β−エチルスルホン酸、リジン又は3,5−ジアミノ安息香酸等である。EP−A−0916647の例1の親水化剤、そのアルカリ及び/又はアンモニウム塩、亜硫酸ナトリウムとブテン−2−ジオール−1,4との付加体(又はアダクト)、ポリエーテルスルホネート、2−ブテンジオールとNaHSOとの付加体でプロポキシル化されたもの(例えば、DE−A2446440の第5〜9頁、式I〜III参照)、及びN−メチルジエタノールアミン等のカチオン性基に変換可能なビルディングブロック等も適する。 Suitable ionic or potentially ionic and nonionic compounds are those that have at least one group that is reactive towards the NCO group. Suitable compounds are, for example, mono- and dihydroxycarboxylic acids, mono- and diaminocarboxylic acids, mono- and dihydroxysulfonic acids, mono- and diaminosulfonic acids, mono- and dihydroxyphosphonic acids or mono- and diaminophosphonic acids and their Salts such as dimethylolpropionic acid, dimethylolbutanoic acid, hydroxypivalic acid, N- (2-aminoethyl) -β-alanine, 2- (2-aminoethylamino) ethanesulfonic acid, ethylenediamine propylsulfonic acid or Ethylenediamine butylsulfonic acid, 1,2- or 1,3-propylenediamine-β-ethylsulfonic acid, lysine or 3,5-diaminobenzoic acid. EP-A-0916647 example 1 hydrophilizing agent, alkali and / or ammonium salt thereof, adduct (or adduct) of sodium sulfite and butene-2-diol-1,4, polyether sulfonate, 2-butenediol And propoxylated with an adduct of NaHSO 3 (see, for example, pages 5 to 9 of DE-A 2446440, formulas I to III) and building blocks that can be converted into cationic groups such as N-methyldiethanolamine Etc. are also suitable.

非イオン性親水性化合物、例えば、少なくとも一の水酸基又はアミノ基を有するポリオキシアルキレンエーテルを、親水化成分の一部分として又は別個の親水化成分として用いることができる。これらのポリエーテルは、エチレンオキサイドから誘導されるビルディングブロックを30〜100重量%の割合で含む。   Nonionic hydrophilic compounds such as polyoxyalkylene ethers having at least one hydroxyl group or amino group can be used as part of the hydrophilizing component or as a separate hydrophilizing component. These polyethers contain 30 to 100% by weight of building blocks derived from ethylene oxide.

潜在的イオン性基を示すプレポリマーは、適当な成分と反応させることによって、工程a)のプレエマルジョンを製造する前に、イオンの形態に変換される。カルボキシル基又はスルホン酸基を有するプレポリマーは、塩基性化合物を加えることによって、イオン性、水溶性基に変換される。アミノ基は、プロトン化/四級化によって、イオン性の、水溶性基に変換される。   The prepolymer exhibiting latent ionic groups is converted to an ionic form prior to producing the pre-emulsion of step a) by reacting with appropriate components. The prepolymer having a carboxyl group or a sulfonic acid group is converted to an ionic or water-soluble group by adding a basic compound. Amino groups are converted to ionic, water-soluble groups by protonation / quaternization.

もしプレポリマーが、十分な量のポリエチレンオキサイド鎖又はスルホネート基を有するならば、上述の成分を用いる共同親水化がなくとも、全く他の添加剤を用いないで分散できる樹脂を、形成することができる。   If the prepolymer has a sufficient amount of polyethylene oxide chains or sulfonate groups, it can form a resin that can be dispersed without any other additives, even without co-hydrophilization using the above components. it can.

酸基を、イソシアネート基について不活性な三級アミンを用いて中和する。その後の硬化の間に、完全に又は部分的に膜(又はフィルム)を残し得る。これらの化合物の例は、アンモニア、炭酸アンモニウム塩又は炭酸水素塩、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジイソプロピルエチルアミンである。イソシアネートに対して反応性の基を含むアミン、例えば、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、トリエタノールアミンは、もはやポリマーマトリックスと結合する際に膜を残すこともなく、使用することもより好ましくない。更に、アルカリ及びアルカリ土類水酸化物又は対応する炭酸塩も、より好ましくない。   The acid groups are neutralized with a tertiary amine that is inert with respect to the isocyanate groups. During subsequent curing, the film (or film) may be left completely or partially. Examples of these compounds are ammonia, ammonium carbonate or bicarbonate, trimethylamine, triethylamine, tributylamine, diisopropylethylamine. Amines containing groups that are reactive towards isocyanates, such as dimethylethanolamine, diethylethanolamine, triethanolamine, no longer leave membranes when bonded to the polymer matrix and are less preferred to use. Furthermore, alkali and alkaline earth hydroxides or the corresponding carbonates are also less preferred.

カチオン性基の場合、ジメチルサルフェート、リン酸又はコハク酸を使用してよい。更に、四級化剤、例えば、1,4−ジクロロブテンを使用することができる。潜在的イオン性基をイオンの形態に変換することは、ミキシングノズル内で行うことが好ましいが、脂肪族ポリイソシアネートに基づくNCOプレポリマーの場合、バルクで行ってもよい。   In the case of cationic groups, dimethyl sulfate, phosphoric acid or succinic acid may be used. In addition, quaternizing agents such as 1,4-dichlorobutene can be used. Converting potentially ionic groups to ionic form is preferably done in a mixing nozzle, but may be done in bulk for NCO prepolymers based on aliphatic polyisocyanates.

工程a)の水性プレエマルジョンの製造は、ミキシングノズル内で行われる。使用できるミキシングノズルの例は、スムースジェット(smooth-jet)ノズル、ファン−スプレイ(fan-spray)ノズル、環状ノズル、リング状(又は輪状)ノズル、穴あき(perforated)ノズル又はカウンター−ジェット(counter-jet)ノズルである。DE19510651Aから既知のジェット・ディスパーサー(jet disperser)内でのプレエマルジョン化と同様にして動作するミキシングノズルを使用することが好ましい。プレポリマーのフィードは、場合により温度制御する。   The production of the aqueous pre-emulsion in step a) takes place in a mixing nozzle. Examples of mixing nozzles that can be used are smooth-jet nozzles, fan-spray nozzles, annular nozzles, ring-shaped (or ring-shaped) nozzles, perforated nozzles or counter-jets. -jet) Nozzle. It is preferred to use a mixing nozzle that operates in a manner similar to the pre-emulsification in a jet disperser known from DE 19510651A. The prepolymer feed is optionally temperature controlled.

ミキシングノズルを用いる工程a)のプレエマルジョンの製造は、0.1〜100bar、好ましくは0.2〜50bar、特に好ましくは0.5〜20barの差圧(又は圧力差)で行われる。   The preparation of the pre-emulsion in step a) using a mixing nozzle is carried out at a differential pressure (or pressure difference) of 0.1 to 100 bar, preferably 0.2 to 50 bar, particularly preferably 0.5 to 20 bar.

工程a)の水性プレエマルジョンを製造するために、十分な水を加えて、オイルインウォーターエマルジョン(oil in water emulsion)を形成する。ポリウレタンプレポリマーと水との割合は、70:30〜20:80重量部であることが好ましく、66:34〜30:70重量部であることがより好ましく、50:50〜35:65重量部であることが特に好ましい。   To produce the aqueous pre-emulsion of step a), sufficient water is added to form an oil in water emulsion. The ratio of the polyurethane prepolymer to water is preferably 70:30 to 20:80 parts by weight, more preferably 66:34 to 30:70 parts by weight, and 50:50 to 35:65 parts by weight. It is particularly preferred that

本発明に基づいて、ポリウレタンプレポリマーは、工程a)の水中に入れられる(又は注入される)。この方法は、水がポリウレタンプレポリマー中に入れられるという他の方法と比較して、耐用年数(寿命又は使用期間)が長くなるという長所を有する。   In accordance with the present invention, the polyurethane prepolymer is placed (or injected) in the water of step a). This method has the advantage of a longer useful life (life or service life) compared to other methods in which water is placed in the polyurethane prepolymer.

本発明の好ましい態様において、プレポリマーの温度は、10℃〜100℃、好ましくは15℃〜80℃、特に好ましくは20℃〜70℃である。分散水の温度は、5℃〜95℃、好ましくは10℃〜85℃、特に好ましくは20℃〜60℃である。プレポリマーの処理温度は、樹脂の粘度を決定し、それは、500〜100,000mPa・s、好ましくは1,000〜70,000mPa・s、特に好ましくは2,000〜40,000mPa・sである。   In a preferred embodiment of the present invention, the temperature of the prepolymer is 10 ° C to 100 ° C, preferably 15 ° C to 80 ° C, particularly preferably 20 ° C to 70 ° C. The temperature of the dispersed water is 5 ° C to 95 ° C, preferably 10 ° C to 85 ° C, particularly preferably 20 ° C to 60 ° C. The processing temperature of the prepolymer determines the viscosity of the resin, which is 500 to 100,000 mPa · s, preferably 1,000 to 70,000 mPa · s, particularly preferably 2,000 to 40,000 mPa · s. .

本発明の方法の工程b)に基づいて、工程a)からのプレエマルジョンを均質化することによって、エマルジョンが製造される。均質化は、多段階ホモジナイジング・ノズルで行われる。2〜20段階が、好ましく使用され、3〜15段階が特に好ましく使用される。使用できるホモジナイジング・ノズルの例は、フラットノズル(flat nozzle)、ノッチ付きノズル、ナイフエッジノズル又はカウンター−ジェット・ディスパーサー(又は分散機)である。ジェット・ディスパーサーを、ホモジナイジング・ノズルとして使用することが好ましい。例えば、DE19510651Aから既知のジェット・ディスパーサーを、ジェット・ディスパーサーとして使用することができる。   Based on step b) of the process of the present invention, an emulsion is produced by homogenizing the pre-emulsion from step a). Homogenization is performed with a multi-stage homogenizing nozzle. 2 to 20 stages are preferably used, and 3 to 15 stages are particularly preferably used. Examples of homogenizing nozzles that can be used are flat nozzles, notched nozzles, knife edge nozzles or counter-jet dispersers (or dispersers). A jet disperser is preferably used as a homogenizing nozzle. For example, a jet disperser known from DE19510651A can be used as a jet disperser.

多段階ホモジナイジング・ノズルを用いる工程b)に基づく均質化によって、プレエマルジョンからエマルジョンを製造することは、多段階ホモジナイジング・ノズルの全ての段階の合計について、1〜200bar、好ましくは3〜100bar、特に好ましくは5〜60barの差圧で行われる。   Producing the emulsion from the pre-emulsion by homogenization based on step b) using a multi-stage homogenizing nozzle is 1 to 200 bar, preferably 3 for the sum of all stages of the multi-stage homogenizing nozzle. It is carried out at a differential pressure of -100 bar, particularly preferably 5-60 bar.

本発明の方法の好ましい態様において、更に工程c)にて、NCO基を含む、工程b)で製造されたエマルジョンを、イソシアネート基との反応性を有する少なくとも一のアミンと少なくとも部分的に反応させる。ここで、アミンの量は、40〜125%、好ましくは50〜100%、特に好ましくは60〜90%程度の鎖延長をもたらすような量である。   In a preferred embodiment of the process according to the invention, in step c), the emulsion prepared in step b) containing NCO groups is at least partially reacted with at least one amine having reactivity with isocyanate groups. . Here, the amount of the amine is such that the chain extension is about 40 to 125%, preferably 50 to 100%, particularly preferably about 60 to 90%.

この目的のために適するアミンは、下記の通りである:400までの範囲の分子量のアミノアルコールとモノ−、ジ−、トリ−及び/又はテトラアミノ官能性物質、例えば、エチレンジアミン、1,2−及び1,3−ジアミノプロパン、1,3−、1,4−及び1,6−ジアミノヘキサン、1,3−ジアミノ−2,2−ジメチルプロパン、1−アミノ−3,3,5−トリメチル−5−アミノエチルシクロヘキサン(IPDA)、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、2,4−及び2,6−ジアミノ−1−メチルシクロヘキサン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、1,4−ビス(2−アミノプロパン−2−イル)−シクロヘキサン、ポリアミン、例えば、エチレンジアミン、1,2−及び1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,6−ジアミノヘキサン、イソホロンジアミン、2,2,4−及び2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミンの異性体の混合物、2−メチルペンタメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、1,3−及び1,4−キシリレンジアミン、α,α,α’,α’−テトラメチル−1,3−及び1,4−キシリレンジアミン及び4,4−ジアミノジシクロヘキシルメタン、アミノエタノール、ジエタノールアミン又はこれらの化合物の混合物である。ヒドラジン、ヒドラジン水和物、置換ヒドラジン、例えば、N−メチルヒドラジン、N,N’−ジメチルヒドラジン及びそれらの同族体、アジピン酸、β−メチルアジピン酸、セバシン酸、ヒドロアクリル酸及びテレフタル酸の酸ジヒドラジド、セミカルバジドアルキレンヒドラジド、例えば、β−セミカルバジドプロピオン酸ヒドラジド(例えば、DE−A1770591)、セミカルバジドアルキレンカルバジック(carbazic)エステル、例えば、2−セミカルバジドエチルカルバジックエステル(例えば、DE−A1918504)又はアミノセミカルバジド化合物、例えば、β−アミノエチルセミカルバジドカーボネート(例えば、DE−A1902931)も、本発明の意味でのジアミンとして適する。NCO基に反応性の他の基を全く有さない単官能性アミン、例えば、ブチルアミン及び高次の同族体の部分的な使用も可能である。   Suitable amines for this purpose are as follows: amino alcohols with molecular weights up to 400 and mono-, di-, tri- and / or tetraamino functional substances such as ethylenediamine, 1,2- And 1,3-diaminopropane, 1,3-, 1,4- and 1,6-diaminohexane, 1,3-diamino-2,2-dimethylpropane, 1-amino-3,3,5-trimethyl- 5-aminoethylcyclohexane (IPDA), 4,4′-diaminodicyclohexylmethane, 2,4- and 2,6-diamino-1-methylcyclohexane, 4,4′-diamino-3,3′-dimethyldicyclohexylmethane, 1,4-bis (2-aminopropan-2-yl) -cyclohexane, polyamines such as ethylenediamine, 1,2- and 1,3-di Minopropane, 1,4-diaminobutane, 1,6-diaminohexane, isophoronediamine, a mixture of isomers of 2,2,4- and 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine, 2-methylpentamethylenediamine, diethylenetriamine 1,3- and 1,4-xylylenediamine, α, α, α ′, α′-tetramethyl-1,3- and 1,4-xylylenediamine and 4,4-diaminodicyclohexylmethane, aminoethanol , Diethanolamine or a mixture of these compounds. Hydrazine, hydrazine hydrate, substituted hydrazines such as N-methylhydrazine, N, N′-dimethylhydrazine and their homologs, adipic acid, β-methyladipic acid, sebacic acid, hydroacrylic acid and terephthalic acid Dihydrazide, semicarbazide alkylene hydrazide such as β-semicarbazide propionic acid hydrazide (eg DE-A1770591), semicarbazide alkylene carbazic ester such as 2-semicarbazide ethylcarbazic ester (eg DE-A1918504) or aminosemicarbazide Compounds such as β-aminoethyl semicarbazide carbonate (eg DE-A1902931) are also suitable as diamines within the meaning of the present invention. The partial use of monofunctional amines having no other reactive groups in the NCO group, such as butylamine and higher homologues, is also possible.

しかし、他の態様において、鎖延長剤添加を省略することができ、その結果、鎖延長は、水によってもっぱら行われる。   However, in other embodiments, the addition of chain extender can be omitted, so that chain extension is performed exclusively with water.

工程c)のアミンとの反応は、別々の反応器を用いてバッチ式で行うことも、例えば、ミキシングノズルで連続的に行うこともできる。ミキシングノズル内の連続反応が好ましい。使用することができるミキシングノズルの例は、スムースジェットノズル、ファン−スプレイノズル、環状ノズル、リング状(又は輪状)ノズル、穴あきノズル又はカウンター−ジェットノズルである。DE19510651Aから既知のジェット・ディスパーサーで、プレエマルジョン化と同様に機能するミキシングノズルを使用することが好ましい。   The reaction with the amine in step c) can be carried out batchwise using separate reactors or continuously with a mixing nozzle, for example. A continuous reaction in the mixing nozzle is preferred. Examples of mixing nozzles that can be used are smooth jet nozzles, fan-spray nozzles, annular nozzles, ring-shaped (or ring-shaped) nozzles, perforated nozzles or counter-jet nozzles. It is preferred to use a mixing nozzle with a jet disperser known from DE 195 0651 A, which functions similarly to pre-emulsification.

本発明の方法によって製造される水性ポリウレタン分散物は、25〜600nm、好ましくは30〜300nm、特に好ましくは35〜250nmの平均粒子サイズを有する。ポリウレタン分散物の固形分(又は固体含有量)は、30〜65重量%、好ましくは35〜60重量%及び特に好ましくは37〜50重量%の範囲にある。   The aqueous polyurethane dispersion produced by the process of the present invention has an average particle size of 25 to 600 nm, preferably 30 to 300 nm, particularly preferably 35 to 250 nm. The solids content (or solid content) of the polyurethane dispersion is in the range of 30 to 65% by weight, preferably 35 to 60% by weight and particularly preferably 37 to 50% by weight.

本発明の方法の本質的な長所は、連続操作にある。工程a)及びb)を含んで成る、本発明の方法に対して、NCOプレポリマーを製造するために、ただ一つの攪拌槽のみが必要である。鎖延長を他の反応器中で、バッチ式で行うこともできるが、鎖延長は、連続的に行うことが好ましく、第二の攪拌槽は不要である。ポリウレタンプレポリマーを製造すること及びその後ポリウレタン分散物を製造することから成る、従来技術で既知の比較可能なバッチ式の方法では、二つの攪拌槽が通常必要である(インバース法:inverse process)。   The essential advantage of the method of the present invention is continuous operation. For the process of the invention comprising steps a) and b), only one stirred tank is required to produce the NCO prepolymer. Chain extension can be carried out batchwise in other reactors, but chain extension is preferably carried out continuously, and no second stirred tank is required. In a comparable batch process known in the prior art consisting of producing a polyurethane prepolymer and subsequently producing a polyurethane dispersion, two stirred tanks are usually required (inverse process).

本発明の方法は、芳香族ポリイソシアネートに基づくポリウレタン分散物について特に有利である。少なくとも35重量%の高い固形分を達成することができるが、従来技術から既知の不連続方法を用いると、30重量%より少ない固形分が得られる。   The process according to the invention is particularly advantageous for polyurethane dispersions based on aromatic polyisocyanates. Although a high solids content of at least 35% by weight can be achieved, less than 30% by weight solids are obtained using discontinuous methods known from the prior art.

更に、本発明の方法では、外部乳化剤を使う必要はないが、従来技術からイオン性及び/又は非イオン性外部乳化剤によって部分的に又はもっぱら安定化され製造されるそのような分散物も、本発明の方法は含む。更に、全ての既知のアミンを鎖延長剤として使用することができる。従って、広範な種々の特性を有する芳香族ポリイソシアネートに基づく広い範囲の分散物の利用が容易である。   Furthermore, in the process of the present invention, it is not necessary to use external emulsifiers, but such dispersions prepared from the prior art partially or exclusively stabilized by ionic and / or nonionic external emulsifiers are also present in the present invention. Inventive methods include. Furthermore, all known amines can be used as chain extenders. Thus, it is easy to use a wide range of dispersions based on aromatic polyisocyanates having a wide variety of properties.

成分を混合するために、例えば、水でポリウレタンプレポリマーを混合するために、及びプレエマルジョンを均質化するために、ミキシングノズル、好ましくは、ジェット・ディスパーサー(それは、可動部分を有さない)を使用することも、本発明の方法の長所である。従って、それらは、より故障し難く、保守をより必要としない。   In order to mix the components, for example to mix the polyurethane prepolymer with water and to homogenize the pre-emulsion, a mixing nozzle, preferably a jet disperser (it has no moving parts) The use of is also an advantage of the method of the present invention. They are therefore less prone to failure and require less maintenance.

従来技術から既知の方法と比較して本発明の方法では、耐用年数がより長い。本発明の方法では、10時間のオーダーで、連続的でトラブルのない操作が保証される。   Compared with the methods known from the prior art, the method according to the invention has a longer service life. The method of the invention guarantees continuous and trouble-free operation on the order of 10 hours.

本発明は、本発明の方法によって製造される水性ポリウレタン分散物を用いる塗膜でコートされる基材も提供する。   The present invention also provides a substrate that is coated with a coating using an aqueous polyurethane dispersion produced by the method of the present invention.

これらの基材の例は、木、金属、プラスチック、紙、革、織物(又は布)、フェルト、ガラス又は無機(又は鉱物)成分に基づく基材である。基材は、本発明の方法によって製造される水性ポリウレタン分散物に基づく塗膜を用いて、基材を直接コートしてよく、又はいずれかのタイプの一又はそれ以上の他のコートを、その基材に最初に供給してよい。
以下に、本発明の主な態様を記載する。
1.
a)親水基及び/又は潜在的親水基を含むポリウレタンプレポリマーと、水とを、ミキシングノズルで混合することによって、水性プレエマルジョンを製造する工程であって、ポリウレタンプレポリマーを、水中に入れる工程、及び
b)多段階ホモジナイジング・ノズルで、工程a)からのプレエマルジョンを均質化することによって、エマルジョンを形成する工程
を含んで成る、少なくとも一の脂肪族及び/又は芳香族ポリイソシアネートに基づく水性ポリウレタン分散物の連続製造方法。
2.
工程b)からの遊離のNCO基を含むエマルジョンと、イソシアネート基に対して反応性の少なくとも一のアミンとを、少なくとも部分的に反応させる工程c)を、更に含んで成る上記1に記載の方法。
3.
工程c)のアミンとの反応を、ミキシングノズルで連続的に行う上記2に記載の方法。
4.
工程a)のプレエマルジョンの製造を、0.1〜100barの差圧で行う上記1に記載の方法。
5.
工程b)のエマルジョンの形成を、1〜200barの差圧で行う上記1に記載の方法。
6.
工程b)の均質化のために、2〜20段階を用いる上記1に記載の方法。
7.
工程b)のホモジナイジング・ノズルとして、ジェット・ディスパーサーを使用する上記1に記載の方法。
8.
ジェット・ディスパーサーを、工程a)のミキシングノズルとして使用する上記1に記載の方法。
9.
工程a)のポリウレタンプレポリマーの温度は、10℃〜100℃である上記1に記載の方法。
10.
工程a)の水の温度は、5℃〜95℃である上記1に記載の方法。
11.
上記1に記載の方法によって製造される水性ポリウレタン分散物を含んで成る塗膜でコートされている基材。
12.
工程b)のエマルジョンの形成を、3〜100barの差圧で行う上記1に記載の方法。
13.
工程b)のエマルジョンの形成を、5〜60barの差圧で行う上記1に記載の方法。
14.
工程a)のプレエマルジョンの製造を、0.2〜50barの差圧で行う上記1に記載の方法。
15.
工程a)のプレエマルジョンの製造を、0.5〜20barの差圧で行う上記1に記載の方法。
16.
ジェット・ディスパーサーを、工程b)のホモジナイジング・ノズルとして使用する上記2に記載の方法。
17.
ジェット・ディスパーサーを、工程b)のホモジナイジング・ノズルとして使用する上記3に記載の方法。
18.
工程a)のポリウレタンプレポリマーの温度は、10℃〜100℃であり、工程a)の水の温度は、5℃〜95℃である上記2に記載の方法。
19.
工程a)のポリウレタンプレポリマーの温度は、10℃〜100℃であり、工程a)の水の温度は、5℃〜95℃である上記3に記載の方法。
20.
上記2に記載の方法によって製造される水性ポリウレタン分散物を含んで成る塗膜を用いてコートされている基材。
21.
上記3に記載の方法によって製造される水性ポリウレタン分散物を含んで成る塗膜を用いてコートされている基材。

Examples of these substrates are substrates based on wood, metal, plastic, paper, leather, fabric (or cloth), felt, glass or inorganic (or mineral) components. The substrate may be coated directly with a coating based on an aqueous polyurethane dispersion produced by the method of the present invention, or one or more other coats of any type The substrate may be initially fed.
The main aspects of the present invention are described below.
1.
a) A step of producing an aqueous pre-emulsion by mixing a polyurethane prepolymer containing a hydrophilic group and / or a latent hydrophilic group and water with a mixing nozzle, wherein the polyurethane prepolymer is put into water. ,as well as
b) Forming the emulsion by homogenizing the pre-emulsion from step a) with a multi-stage homogenizing nozzle.
A process for the continuous production of an aqueous polyurethane dispersion based on at least one aliphatic and / or aromatic polyisocyanate, comprising:
2.
The process of claim 1, further comprising the step c) of at least partially reacting the emulsion comprising free NCO groups from step b) with at least one amine reactive with isocyanate groups. .
3.
3. The method according to 2 above, wherein the reaction with the amine in step c) is carried out continuously with a mixing nozzle.
4).
The process according to 1 above, wherein the preparation of the pre-emulsion in step a) is carried out at a differential pressure of 0.1 to 100 bar.
5.
Process according to 1 above, wherein the formation of the emulsion of step b) is carried out at a differential pressure of 1 to 200 bar.
6).
The process according to 1 above, wherein 2 to 20 steps are used for the homogenization of step b).
7).
The method according to 1 above, wherein a jet disperser is used as the homogenizing nozzle in step b).
8).
The method according to 1 above, wherein the jet disperser is used as a mixing nozzle in step a).
9.
The method according to 1 above, wherein the temperature of the polyurethane prepolymer in step a) is from 10 ° C to 100 ° C.
10.
The method according to 1 above, wherein the temperature of the water in step a) is 5 ° C to 95 ° C.
11.
A substrate coated with a coating film comprising an aqueous polyurethane dispersion produced by the method according to 1 above.
12
The process according to 1 above, wherein the formation of the emulsion of step b) is carried out at a differential pressure of 3 to 100 bar.
13.
Process according to 1 above, wherein the formation of the emulsion of step b) is carried out at a differential pressure of 5 to 60 bar.
14
The process according to 1 above, wherein the preparation of the pre-emulsion in step a) is carried out at a differential pressure of 0.2 to 50 bar.
15.
The process according to 1 above, wherein the preparation of the pre-emulsion in step a) is carried out at a differential pressure of 0.5 to 20 bar.
16.
The method of claim 2, wherein the jet disperser is used as a homogenizing nozzle in step b).
17.
4. A process according to 3 above, wherein the jet disperser is used as a homogenizing nozzle in step b).
18.
The method according to 2 above, wherein the temperature of the polyurethane prepolymer in step a) is from 10 ° C to 100 ° C, and the temperature of the water in step a) is from 5 ° C to 95 ° C.
19.
The method according to 3 above, wherein the temperature of the polyurethane prepolymer in step a) is from 10 ° C to 100 ° C, and the temperature of the water in step a) is from 5 ° C to 95 ° C.
20.
A substrate coated with a coating film comprising an aqueous polyurethane dispersion produced by the method described in 2 above.
21.
A substrate coated with a coating film comprising an aqueous polyurethane dispersion produced by the method according to 3 above.

OH成分Aの製造:
2.4gのジブチルスズオキサイドと一緒に、3200gのひまし油(又はキャスター・オイル)及び1600gの大豆油を、環流冷却器を取り付けた5リットルの反応器に秤量して入れた。窒素ストリーム(5リットル/時間)を反応物質に通した。温度を140分以内に240℃に上げた。240℃で4時間後、混合物を冷却した。OH価は、109mgKOH/gであり、酸価は、3.2mgKOH/gであった。
Production of OH component A:
Along with 2.4 g of dibutyltin oxide, 3200 g of castor oil (or castor oil) and 1600 g of soybean oil were weighed into a 5 liter reactor fitted with a reflux condenser. A nitrogen stream (5 liters / hour) was passed through the reactants. The temperature was raised to 240 ° C. within 140 minutes. After 4 hours at 240 ° C., the mixture was cooled. The OH value was 109 mgKOH / g, and the acid value was 3.2 mgKOH / g.

比較例:
339gのポリTHF(MG2000、BASF社(BASF AG)、ルードビッヒシャフェン(Ludwichshafen)、ドイツ)、248gのOH成分A、70gのジメチロールプロピオン酸、34gの1,6−ヘキサンジオール及び179gのN−メチルピロリドンを70℃に加熱して、透明溶液が形成されるまで攪拌した。516gのデスモジュール(Desmodur)(登録商標)W(バイエル社、レーフェルクーゼン、ドイツ)を、その後加え、混合物を100℃に加熱した。NCO含有量が4.6%に達するまで、この温度で攪拌を続けた。その後、混合物を70℃に冷却し、37gのトリエチルアミンを加えた。500gのこの溶液を、初期温度が30℃であった666gの水中に分散させ、激しく攪拌した。
Comparative example:
339 g poly-THF (MG2000, BASF AG, Ludwichshafen, Germany), 248 g OH component A, 70 g dimethylolpropionic acid, 34 g 1,6-hexanediol and 179 g N- Methylpyrrolidone was heated to 70 ° C. and stirred until a clear solution was formed. 516 g of Desmodur® W (Bayer, Reefelkusen, Germany) was then added and the mixture was heated to 100 ° C. Stirring was continued at this temperature until the NCO content reached 4.6%. The mixture was then cooled to 70 ° C. and 37 g of triethylamine was added. 500 g of this solution was dispersed in 666 g of water having an initial temperature of 30 ° C. and stirred vigorously.

分散後、攪拌を5分間続けた。74gの水中の5.5gのヒドラジン水和物と8.8gのエチレンジアミン溶液を、その後5分以内で加えた。イソシアネート基の反応を完結させるために、IRスペクトルでもはやNCOが検出されなくなくなるまで、45℃で攪拌を続けた。30℃に冷却後、Seitz T5500フィルターを用いて濾過した。
比較例のポリウレタン分散物の特性のデータ:
平均粒子サイズ(又は寸法):58nm(レーザー相関分光法(又はレーザー・コレレーション・スペクトロスコピー:laser correlation spectroscopy)、LCS)
pH:7.8
固形分(又は固体含有量):36.0重量%
After dispersion, stirring was continued for 5 minutes. 5.5 g hydrazine hydrate and 8.8 g ethylenediamine solution in 74 g water were then added within 5 minutes. In order to complete the reaction of the isocyanate groups, stirring was continued at 45 ° C. until no more NCO was detected in the IR spectrum. After cooling to 30 ° C., the mixture was filtered using a Seitz T5500 filter.
Comparative polyurethane dispersion property data:
Average particle size (or dimensions): 58 nm (laser correlation spectroscopy (LCS), or LCS)
pH: 7.8
Solid content (or solid content): 36.0% by weight

例1:NCOプレポリマー1
339gのポリTHF(MG2000、BASF社、ルードビッヒシャフェン、ドイツ)、248gのOH成分A、70gのジメチロールプロピオン酸、34gの1,6−ヘキサンジオール及び179gのN−メチルピロリドンを70℃に加熱して、透明溶液が形成されるまで攪拌した。516gのデスモジュール(登録商標)W(バイエル社、レーフェルクーゼン、ドイツ)を、その後加え、混合物を100℃に加熱した。NCO含有量が4.6%に達するまで、この温度で攪拌を続けた。最後に、混合物を70℃に冷却し、37gのトリエチルアミンを加えた。
Example 1: NCO prepolymer 1
Heat 339 g of polyTHF (MG2000, BASF, Ludwigshafen, Germany), 248 g of OH component A, 70 g of dimethylolpropionic acid, 34 g of 1,6-hexanediol and 179 g of N-methylpyrrolidone to 70 ° C. And stirred until a clear solution was formed. 516 g of Desmodur® W (Bayer, Leverkusen, Germany) was then added and the mixture was heated to 100 ° C. Stirring was continued at this temperature until the NCO content reached 4.6%. Finally, the mixture was cooled to 70 ° C. and 37 g of triethylamine was added.

分散装置内で製造されるプレポリマーのさらなる処理は、図1に示すように行った。ギヤポンプ3を用いて、10kg/時間の質量流量で、プレポリマー1をミキシングノズル6の中に入れた。水2を、9kg/時間の質量流量で、ピストンダイアフラムポンプ(piston diaphragm pump)4を用いて、熱交換器5を通って、ミキシングノズル6の中に入れた。ミキシングノズルは、直径2mmの穴10と直径9mm、長さ200mmのミキシングゾーン11を有していた(図2参照)。得られたプレディスパージョン9を、6つのジェット・ディスパーサー7で均質化した。ジェット・ディスパーサーの各々は、直径0.8mmの2つの穴13を有していた(図3参照)。プレポリマーフィード1の温度は、84℃であった。装置を作動する際は、熱交換器5を用いて水温を80℃に調節し、その後、定常状態でジェット・ディスパーサー7の後で、温度が46℃となるように、温度を低下させた。ジェット・ディスパーサー7の圧力低下は、17barであった。   Further processing of the prepolymer produced in the dispersion apparatus was performed as shown in FIG. Using the gear pump 3, the prepolymer 1 was put into the mixing nozzle 6 at a mass flow rate of 10 kg / hour. Water 2 was passed through heat exchanger 5 and into mixing nozzle 6 using a piston diaphragm pump 4 at a mass flow rate of 9 kg / hour. The mixing nozzle had a hole 10 having a diameter of 2 mm and a mixing zone 11 having a diameter of 9 mm and a length of 200 mm (see FIG. 2). The obtained pre-dispersion 9 was homogenized with six jet dispersers 7. Each of the jet dispersers had two holes 13 with a diameter of 0.8 mm (see FIG. 3). The temperature of the prepolymer feed 1 was 84 ° C. When operating the apparatus, the water temperature was adjusted to 80 ° C. using the heat exchanger 5, and then the temperature was lowered to 46 ° C. after the jet disperser 7 in a steady state. . The pressure drop of the jet disperser 7 was 17 bar.

分散物12を熱交換器8で29℃に冷却した。この後、176gの鎖延長剤溶液をガラス容器(図示せず)の2330gの分散物12に、攪拌しながら加えた。下記のものを、鎖延長剤溶液として用いた:149gの水中の11gのヒドラジン水和物と17.6gのエチレンジアミン。30℃に冷却後、Seitz T5500フィルターを用いて濾過した。   Dispersion 12 was cooled to 29 ° C. with heat exchanger 8. This was followed by the addition of 176 g of chain extender solution to 2330 g of dispersion 12 in a glass container (not shown) with stirring. The following were used as chain extender solutions: 11 g hydrazine hydrate and 17.6 g ethylenediamine in 149 g water. After cooling to 30 ° C., the mixture was filtered using a Seitz T5500 filter.

例1のポリウレタン分散物の特性データ:
平均粒子サイズ:50nm(レーザー相関分光法、LCS)
pH8.0
固形分:38.6重量%
Characteristic data for the polyurethane dispersion of Example 1:
Average particle size: 50 nm (laser correlation spectroscopy, LCS)
pH 8.0
Solid content: 38.6% by weight

例2:NCOプレポリマー2
2309.0gのアクレームポリオール2200(Acclaim Polyol 2200、分子量約2000g/モル、バイエル社、レーフェルクーゼン、ドイツ)、276.4gのジメチロールプロピオン酸及び154.7gの1,6−ヘキサンジオールを、110℃で減圧して脱水した。窒素ガスで減圧を戻した後、1064mlのN−メチルピロリドンを加え、70℃で、均質化した。その後、ポリオール混合物を周囲の温度に冷やし、1時間かけて、1043.0gのデスモジュール(登録商標)T80(バイエル社、レーフェルクーゼン、ドイツ)を含む受器の中に入れた。ポリオール混合物を全部加えた後、NCO含有量が2.5%(理論的なNCO含有量が2.5%)に達するまで(粘度η=20.6Pa・s(23℃)、D=40s−1)、60℃で攪拌を続けた。
Example 2: NCO prepolymer 2
2309.0 g of Aclaim Polyol 2200 (Acclaim Polyol 2200, molecular weight about 2000 g / mol, Bayer, Lefelkusen, Germany), 276.4 g of dimethylolpropionic acid and 154.7 g of 1,6-hexanediol And dehydrated at 110 ° C. under reduced pressure. After reducing the pressure with nitrogen gas, 1064 ml of N-methylpyrrolidone was added and homogenized at 70 ° C. The polyol mixture was then cooled to ambient temperature and placed in a receiver containing 1043.0 g of Desmodor® T80 (Bayer, Leverkusen, Germany) over 1 hour. After all the polyol mixture is added, until the NCO content reaches 2.5% (theoretical NCO content is 2.5%) (viscosity η = 20.6 Pa · s (23 ° C.), D = 40 s − 1 ), stirring was continued at 60 ° C.

分散装置で製造したプレポリマーの更なる処理を、図4に示すように行った。ギヤポンプ3を用いて、12kg/hの質量流量で、ミキシングノズル16内に、プレポリマー1を移した。   Further processing of the prepolymer produced in the disperser was performed as shown in FIG. Using the gear pump 3, the prepolymer 1 was transferred into the mixing nozzle 16 at a mass flow rate of 12 kg / h.

440.6部のトリエチルアミンと511部のN−メチルピロリドンから成る中和アミン溶液14を、ピストンポンプ15を用いて、1.2kg/hの質量流量で、直径0.3mmの穴22と直径4mmの穴24(図5参照)を有するミキシングノズル16に移した。その後、混合物21を、(図3に示すような)各々が直径2.1mmの4つの穴13を有する3つのジェット・ディスパーサー7を通して供給した。その後、ミキシングノズル6の中に混合物を供給した。水2を、15kg/hの質量流量で、ピストンダイアフラムポンプ4を用いて、熱交換器5を通して、直径2mmの穴10と直径9mmで長さ200mmのミキシングゾーン11を有するミキシングノズル6の中に移した(図2参照)。得られたプレエマルジョン9を、各々が直径1.2mm4つの穴13を有する6つのジェット・ディスパーサー7(図3参照)を用いて均質化した。   A neutralized amine solution 14 consisting of 440.6 parts of triethylamine and 511 parts of N-methylpyrrolidone using a piston pump 15 at a mass flow rate of 1.2 kg / h and a hole 22 having a diameter of 0.3 mm and a diameter of 4 mm. And transferred to a mixing nozzle 16 having a hole 24 (see FIG. 5). The mixture 21 was then fed through three jet dispersers 7 each having four holes 13 each having a diameter of 2.1 mm (as shown in FIG. 3). Thereafter, the mixture was fed into the mixing nozzle 6. Water 2 is fed at a mass flow rate of 15 kg / h through a heat exchanger 5 into a mixing nozzle 6 having a hole 10 having a diameter of 2 mm and a mixing zone 11 having a diameter of 9 mm and a length of 200 mm using a piston diaphragm pump 4. (See FIG. 2). The resulting pre-emulsion 9 was homogenized using six jet dispersers 7 (see FIG. 3) each having four holes 13 with a diameter of 1.2 mm.

プレポリマーフィード1の温度は、33℃であった。水温を、熱交換器5を用いて調整して、ジェット・ディスパーサー7の後、定常状態で、温度は37℃であった。ジェット・ディスパーサー7に基づく圧力低下は12barであった。分散物12を23℃に熱交換器8で冷却し、ミキシングノズル20に供給した。148.9部のエチレンジアミンと1645.6部の水から成る鎖延長剤溶液18を、ピストンポンプ19を用いて、直径0.3mmの穴10と直径9mmで長さが100mmのミキシングゾーン11を有するミキシングノズル20(図2参照)に加えた。   The temperature of the prepolymer feed 1 was 33 ° C. The water temperature was adjusted using the heat exchanger 5, and after the jet disperser 7, the temperature was 37 ° C. in a steady state. The pressure drop based on the jet disperser 7 was 12 bar. The dispersion 12 was cooled to 23 ° C. by the heat exchanger 8 and supplied to the mixing nozzle 20. A chain extender solution 18 consisting of 148.9 parts ethylenediamine and 1645.6 parts water, using a piston pump 19, has a hole 10 with a diameter of 0.3 mm and a mixing zone 11 with a diameter of 9 mm and a length of 100 mm. It added to the mixing nozzle 20 (refer FIG. 2).

例2のポリウレタン分散物の特性データ
平均粒子サイズ:73nm(レーザー相関分光法、LCS)
pH:7.5
固形分:37%
Characteristic data of polyurethane dispersion of example 2 Average particle size: 73 nm (Laser Correlation Spectroscopy, LCS)
pH: 7.5
Solid content: 37%

例3:NCOプレポリマー3
4643gPE225B(1,6−ヘキサンジオールに基づくアジピン酸エステル、OH価=47mgKOH/g、バイエル社、レーフェルクーゼン、ドイツ)と580gのジメチロールプロパン酸を、110℃で、1時間、減圧して脱水した。その後、1292gのN−メチルピロリドンをポリオール混合物に加え、透明溶液が得られるまで、攪拌した。その後、混合物を60℃に冷却した後、3938gのイソホロンジイソシアネートを20分間で加えた。発熱反応が静まった後、混合物を徐々に70℃に冷却し、744gの1,6−ヘキサンジオールをすばやく加えた。反応温度が100℃を超えないように冷却した。樹脂混合物のNCO含有量が4.0%に達した後、311gのN−メチルピロリドンと358gのトリメチルアミンの用意した溶液を加え、均一に混合した。
Example 3: NCO prepolymer 3
4643 g PE225B (adipic acid ester based on 1,6-hexanediol, OH number = 47 mg KOH / g, Bayer, Leverkusen, Germany) and 580 g of dimethylolpropanoic acid were reduced in pressure at 110 ° C. for 1 hour. Dehydrated. Thereafter, 1292 g of N-methylpyrrolidone was added to the polyol mixture and stirred until a clear solution was obtained. The mixture was then cooled to 60 ° C. and 3938 g of isophorone diisocyanate was added over 20 minutes. After the exothermic reaction had subsided, the mixture was gradually cooled to 70 ° C. and 744 g of 1,6-hexanediol was added quickly. It cooled so that reaction temperature might not exceed 100 degreeC. After the NCO content of the resin mixture reached 4.0%, a prepared solution of 311 g of N-methylpyrrolidone and 358 g of trimethylamine was added and mixed uniformly.

分散装置内で製造したプレポリマーの更なる処理は、図6に示すように行った:プレポリマー1を、12kg/hの質量流量で、ミキシングノズル16に、ギヤポンプ3を用いて移した。水2を12kg/hの質量流量で、ピストンダイアフラムポンプ4を用いて、熱交換器5を通して、直径1.8mmの穴22と直径2.2mmの穴24を有する(図5に示すような)ミキシングノズル16に移した。得られたプレディスパージョン21を、各々が直径1.2mmの4つの穴を有する6つのジェット・ディスパーサー7(図3参照)を用いて均質化した。プレポリマーフィード1の温度は、80℃であった。水温は、熱交換器5を用いて、装置の作動時に80℃に調節した後、ジェット・ディスパーサー7の後、定常状態で55℃となるような範囲に低下させた。ジェット・ディスパーサー7に基づく圧力低下は、10barであった。分散物をミキシングノズル26に入れた。168部のエチレンジアミンと1346部の水から成る鎖延長剤溶液18を、ピストンポンプ19を用いて、1.5kg/hの質量流量で、直径0.3mm穴22と直径2.2mmの穴24を有する(図5に示すような)ミキシングノズル26に入れた。ミキシングノズル26の後で、直径0.6mmのダイアフラムを用いて、その工程に、6barの反対圧力を加えた。   Further processing of the prepolymer produced in the disperser was carried out as shown in FIG. 6: Prepolymer 1 was transferred to the mixing nozzle 16 with a gear pump 3 at a mass flow rate of 12 kg / h. Water 2 has a mass flow rate of 12 kg / h and has a hole 22 with a diameter of 1.8 mm and a hole 24 with a diameter of 2.2 mm (as shown in FIG. 5) through the heat exchanger 5 using the piston diaphragm pump 4. It moved to the mixing nozzle 16. The resulting pre-dispersion 21 was homogenized using six jet dispersers 7 (see FIG. 3) each having four holes with a diameter of 1.2 mm. The temperature of the prepolymer feed 1 was 80 ° C. The water temperature was adjusted to 80 ° C. during operation of the apparatus using the heat exchanger 5, and then lowered to a range where the temperature became 55 ° C. in a steady state after the jet disperser 7. The pressure drop based on the jet disperser 7 was 10 bar. The dispersion was placed in the mixing nozzle 26. A chain extender solution 18 consisting of 168 parts ethylenediamine and 1346 parts water is passed through a piston pump 19 at a mass flow rate of 1.5 kg / h with a hole 22 having a diameter of 0.3 mm and a hole 24 having a diameter of 2.2 mm. It was placed in a mixing nozzle 26 (as shown in FIG. 5). After the mixing nozzle 26, a counter pressure of 6 bar was applied to the process using a 0.6 mm diameter diaphragm.

例3のポリウレタン分散物の特性データ:
平均粒子サイズ:54nm(レーザー相関分光法、LCS)
pH7.2
固形分:40%
Characteristic data for the polyurethane dispersion of Example 3:
Average particle size: 54 nm (Laser Correlation Spectroscopy, LCS)
pH 7.2
Solid content: 40%

本発明を説明することを目的として、詳細に説明したが、そのような詳細な説明は、単にそのような目的のためのものであり、特許請求の範囲によって制限され得ることを除いて、本発明の精神と範囲から離れることなく、当業者であれば種々の変更を行うことができることを、理解するべきである。   While the invention has been described in detail for purposes of illustrating the invention, such detailed description is solely for such purposes and is not limited by the scope of the claims. It should be understood that various changes can be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention.

図1は、バッチ式の鎖延長を伴う、脂肪族プレポリマーを分散するための本発明に基づく方法のフローチャートを示す。FIG. 1 shows a flow chart of the method according to the invention for dispersing an aliphatic prepolymer with batch chain extension. 図2は、プレエマルジョンを製造するために使用するミキシングノズルの一の態様を示す。FIG. 2 shows one embodiment of a mixing nozzle used to produce a pre-emulsion. 図3は、プレエマルジョンを均質化するために使用するホモジナイジング・ノズルの態様を示す。FIG. 3 shows an embodiment of a homogenizing nozzle used to homogenize the pre-emulsion. 図4は、連続的な鎖延長を伴う、芳香族プレポリマーを分散するための本発明に基づく方法のフローチャートを示す。FIG. 4 shows a flowchart of the method according to the invention for dispersing an aromatic prepolymer with continuous chain extension. 図5は、プレエマルジョンを製造するために使用するミキシングノズルの更に好ましい態様を示す。FIG. 5 shows a further preferred embodiment of the mixing nozzle used to produce the pre-emulsion. 図6は、連続的な鎖延長を伴う、脂肪族プレポリマーを分散するための本発明に基づく方法の一の態様を示す。FIG. 6 shows one embodiment of the method according to the invention for dispersing aliphatic prepolymers with continuous chain extension.

Claims (4)

a)親水基及び/又は潜在的親水基を含むポリウレタンプレポリマーと、水とを、ミキシングノズルで混合することによって、水性プレエマルジョンを製造する工程であって、ポリウレタンプレポリマーを、水中に入れる工程、及び
b)2〜20のノズル及び/又はディスパーサーを有する多段階ホモジナイジング・ノズルで、工程a)からのプレエマルジョンを均質化することによって、エマルジョンを形成する工程
を含んで成る、少なくとも一の脂肪族及び/又は芳香族ポリイソシアネートに基づく水性ポリウレタン分散物の連続製造方法。
a) A step of producing an aqueous pre-emulsion by mixing a polyurethane prepolymer containing a hydrophilic group and / or a latent hydrophilic group and water with a mixing nozzle, wherein the polyurethane prepolymer is put into water. And b) a multi-stage homogenizing nozzle having 2 to 20 nozzles and / or a disperser, comprising homogenizing the pre-emulsion from step a) to form an emulsion, at least A process for the continuous production of aqueous polyurethane dispersions based on one aliphatic and / or aromatic polyisocyanate.
工程b)からの遊離のNCO基を含むエマルジョンと、イソシアネート基に対して反応性の少なくとも一のアミンとを、少なくとも部分的に反応させる工程c)を、更に含んで成る請求項1に記載の方法。   The process according to claim 1, further comprising the step c) of reacting at least partially the emulsion comprising free NCO groups from step b) with at least one amine reactive towards isocyanate groups. Method. 工程b)のホモジナイジング・ノズルとして、ジェット・ディスパーサーを使用する請求項1に記載の方法。   The process according to claim 1, wherein a jet disperser is used as the homogenizing nozzle in step b). 工程a)の水の温度は、5℃〜95℃である請求項1に記載の方法。   The process according to claim 1, wherein the temperature of the water in step a) is 5 ° C to 95 ° C.
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